CN110255954A

CN110255954A - 一种纳米锂渣早强剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN110255954A
Application number: CN201910290263.3A
Authority: CN
Inventors: 谭洪波; 邓秀峰; 张迅; 聂康峻; 李懋高; 贺行洋; 苏英
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2019-04-11
Filing date: 2019-04-11
Publication date: 2019-09-20
Anticipated expiration: 2039-04-11
Also published as: CN110255954B

Abstract

本发明提供一种纳米锂渣早强剂及其制备方法和应用，该纳米锂渣早强剂，按重量份计，所述纳米锂渣早强剂由以下组分经湿磨工艺制得：锂渣：20～35份，离子促溶剂：0.5～2份，表面改性剂：0.1‑0.5份，流化稳定剂：0.1‑0.5份，余量为水；所述锂渣、所述离子促溶剂、所述表面改性剂、所述流化稳定剂和所述水的总份数为100份。本发明的纳米锂渣早强剂可使水泥基材料的早期强度提高30‑200％，为锂渣的资源化利用提供一种新方向，大大提高了锂渣的资源化利用率，且提高了锂渣产品的附加值。

Description

一种纳米锂渣早强剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种纳米锂渣早强剂及其制备方法和应用。

背景技术

锂渣是浓硫酸-碳酸钙法生产碳酸锂过程中碳酸锂熟料经过浸出、过滤、洗涤后排出的残渣，其化学成分与粘土成分相似，主要氧化物成分为SiO₂、Al₂O₃、CaO，在一定的条件下表现出火山灰活性。因为锂渣中CaO含量低且活性成分有限，所以其不具备自水化能力，建筑工业中一般只将其少量取代粘土烧制水泥熟料或在熟料粉末时加入少量锂渣作混合材来调节水泥标号。锂渣能被应用到水泥混凝土中，很大一部分原因是源于其火山灰活性，即锂渣在一定条件下发生火山灰反应释放Ca²⁺、Al³⁺等离子来参与水泥水化，从而取代一部分的水泥，但是锂渣中锂元素的作用往往被行内人员所忽视，而针对性的使用一些物理和化学方法来溶出锂渣中的锂离子，将其作为外加剂掺入到水泥混凝土中以提高其早期强度，更是研究甚少。

因此，开发一种用于提高水泥混凝土早期强度的锂渣外加剂具有十分重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种纳米锂渣早强剂，以解决现有锂渣资源化利用率低的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种纳米锂渣早强剂，按重量份计，所述纳米锂渣早强剂由以下组分经湿磨工艺制得：锂渣：20～35份，离子促溶剂：0.5～2份，表面改性剂：0.1-0.5份，流化稳定剂：0.1-0.5份，余量为水；所述锂渣、所述离子促溶剂、所述表面改性剂、所述流化稳定剂和所述水的总份数为100份。

可选地，所述锂渣中二氧化硅含量＞45％；氧化铝含量＞15％；三氧化硫含量＞7％。

可选地，所述离子促溶剂为三乙醇胺与三异丙醇胺的混合物；所述三乙醇胺和所述三异丙醇胺质量比为1∶(1-3)。

可选地，所述表面改性剂为水解聚马来酸；所述水解聚马来酸的分子量为400-800。

可选地，所述流化稳定剂为保坍型聚羧酸减水剂；所述保坍型聚羧酸减水剂的固含量为39-41％。

可选地，所述纳米锂渣早强剂的中值粒径为300～400nm。

本发明的第二目的在于提供一种制备上述纳米锂渣早强剂的方法，该制备方法包括以下步骤：

向所述锂渣中加入所述离子促溶剂、所述表面改性剂和所述水，研磨，然后，加入第一部分所述流化稳定剂继续研磨，得到初始纳米锂渣早强剂；

向所述纳米锂渣早强剂中加入剩余部分所述流化稳定剂，搅拌，即得纳米锂渣早强剂。

可选地，第一部分所述流化稳定剂和剩余部分所述流化稳定剂的质量比为(1-3)∶1。

本发明的第三目的在于提供一种上述纳米锂渣早强剂在水泥基材料中的应用，在该应用中，所述水泥基材料包括水泥；按固体含量计，所述纳米锂渣早强剂的用量为所述水泥的用量的0.5％～4.0％。

相对于现有技术，本发明所述的纳米锂渣早强剂具有以下优势：

1、本发明的纳米锂渣早强剂以锂渣为主要原料，采用湿磨工艺，提高其细度，增大其比表面积，一方面，有利于为水泥水化产物提供晶核生长点，降低成核势垒，加快早期水泥水化进程，提高水泥基材料的早期强度，另一方面，可促进锂渣中锂、钙、铝、硅离子的溶出，溶出的各离子可进一步促进水泥早期水化，且纳米级颗粒的存在可填充水泥石中的孔隙，进而优化水泥石孔结构，使水泥基材料的后期强度不会下降甚至有提高，本发明的纳米锂渣早强剂可使水泥基材料的早期强度提高30-200％，为锂渣的资源化利用提供一种新方向，大大提高了锂渣的资源化利用率，且提高了锂渣产品的附加值。

2、本发明采用湿磨方法制备纳米锂渣早强剂，制备工艺简单，制备过程易控制，而且本发明且在湿磨过程中加入离子促溶剂、表面改性剂、流化稳定剂，一方面，可进一步提高湿磨效率，进而降低制备能耗，另一方面，可进一步提高锂渣中锂、钙、铝、硅离子的溶出量，并使本发明的纳米锂渣早强剂具有良好分散性，将其用于水泥混凝土可提高浆体的流动性，从而有利于提高其适应性。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合实施例来详细说明本发明。

表1为本发明实施例1～实施例6的纳米锂渣早强剂中各组分的配比以及各实施例纳米锂渣早强剂的细度。表2为本发明实施例1～实施例6中锂渣的化学成分。表3为本发明实施例1～实施例6中离子促溶剂的组分、表面改性剂的分子量、流化稳定剂的流动性能，其中，流化稳定剂的流动性能测试中，流化稳定剂为保坍型聚羧酸减水剂，其固含量为40％，在普通硅酸盐水泥浆体中掺量为0.3％。

表1

表2 wt/％

实施例	Loss	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	SO<sub>3</sub>	CaO	MgO	K<sub>2</sub>O	Na<sub>2</sub>O	Li<sub>2</sub>O
											实施例1	9.83	48.53	15	1.54	11.22	12.54	0.26	0.33	0.21	0.54
实施例2	7.87	51.88	17.05	1.92	7	11.83	1.54	0.32	0.1	0.49
											实施例3	7.87	51.88	17.05	1.92	7	11.83	1.54	0.32	0.1	0.49
实施例4	7.96	45	19.4	0.84	8.98	14.31	2.19	0.54	0.28	0.5
											实施例5	9.83	48.53	15	1.54	11.22	12.54	0.26	0.33	0.21	0.54
实施例6	7.96	45	19.4	0.84	8.98	14.31	2.19	0.54	0.28	0.5

表3

采用下述方法制备实施例1～实施例6的纳米锂渣早强剂，具体包括以下步骤：

按照上述组分配方，向锂渣中加入离子促溶剂、表面改性剂、水，并采用湿磨机研磨10min，然后，加入50％的流化稳定剂(第一部分)继续研磨，直至混合物的中值粒径达到300～400nm，得到初始纳米锂渣早强剂；

过滤湿磨机中研磨体，并向纳米锂渣早强剂中加入50％的流化稳定剂(剩余部分)，搅拌均匀，即得纳米锂渣早强剂。

将实施例1～实施例6的纳米锂渣早强剂用于水泥基材料，在该应用中，水泥基材料包括水泥；按固体含量计，纳米锂渣早强剂的用量为水泥的用量的0.5％～4.0％，即纳米锂渣早强剂掺入水泥中时扣除纳米锂渣早强剂中水的质量，只计算纳米锂渣早强剂中固体物料的质量占水泥质量的百分比，也即纳米锂渣早强剂中固体物料(纳米锂渣早强剂干料)外掺水泥的0.5％～4.0％。其中，实施例1～实施例6的纳米锂渣早强剂除去水后的固体物料的掺量具体如表4所示。

参照标准GB8076-2008对掺有实施例1～实施例6的纳米锂渣早强剂的水泥基材料(水泥砂浆)进行力学性能的测试，并将其与未掺本发明纳米锂渣早强剂的水泥基材料进行对比(对比例)，其中，水泥基材料的水胶比为0.5。测试结果如表4所示。

表4

由表4可知，实施例1～实施例6的纳米锂渣早强剂在掺量为2-4％时，普通硅酸盐水泥砂浆1d抗压强度可提高30-200％，28d抗压强度可提高2-14％，说明实施例1～实施例6的纳米锂渣早强剂的加入可促使水泥快速水化，从而使得水泥基材料的早期强度大幅度提升，且后期强度仍能维持不下降甚至实现一定的增长，具有大规模推广的价值，这是因为，不仅锂渣中溶出的主要离子，即钙、铝、硅离子，可促进水泥早期水化，且锂渣中溶出的极少量的锂离子具有半径小、极化作用强、水化半径大等特点，其可诱导其他矿物离子(钙、铝、硅等离子)的溶出，也可加快水化保护膜的破裂来缩短水化诱导期，还可显著提高C₂S和C₃S的水化能力，同时，锂离子还能促进钙矾石的形成，锂离子上述各方面的作用进一步提高了水泥基材料的早后期力学性能。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种纳米锂渣早强剂，其特征在于，按重量份计，所述纳米锂渣早强剂由以下组分经湿磨工艺制得：锂渣：20～35份，离子促溶剂：0.5～2份，表面改性剂：0.1-0.5份，流化稳定剂：0.1-0.5份，余量为水；所述锂渣、所述离子促溶剂、所述表面改性剂、所述流化稳定剂和所述水的总份数为100份。

2.根据权利要求1所述的纳米锂渣早强剂，其特征在于，所述锂渣中二氧化硅含量＞45％；氧化铝含量＞15％；三氧化硫含量＞7％。

3.根据权利要求1所述的纳米锂渣早强剂，其特征在于，所述离子促溶剂为三乙醇胺与三异丙醇胺的混合物；所述三乙醇胺和所述三异丙醇胺质量比为1∶(1-3)。

4.根据权利要求1所述的纳米锂渣早强剂，其特征在于，所述表面改性剂为水解聚马来酸；所述水解聚马来酸的分子量为400-800。

5.根据权利要求1所述的纳米锂渣早强剂，其特征在于，所述流化稳定剂为保坍型聚羧酸减水剂；所述保坍型聚羧酸减水剂的固含量为39-41％。

6.根据权利要求1所述的纳米锂渣早强剂，其特征在于，所述纳米锂渣早强剂的中值粒径为300～400nm。

7.制备权利要求1至6任一项所述的纳米锂渣早强剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的纳米锂渣早强剂的制备方法，其特征在于，第一部分所述流化稳定剂和剩余部分所述流化稳定剂的质量比为(1-3)∶1。

9.权利要求1至6任一项所述的纳米锂渣早强剂在水泥基材料中的应用，其特征在于，所述水泥基材料包括水泥；按固体含量计，所述纳米锂渣早强剂的用量为所述水泥的用量的0.5％～4.0％。